מחקר על מנגנון ההשפעה של תכשיט חום על התאثير הקירור של לוחות הטורבינה מסוג מסוים של טורבינת גז

כדי להשיג את תופעת החימום והחוק של התפלגות הטמפרטורה של כיסוי חומת חום על לוחות טורבינה, נעשה שימוש בסוג מסוים של גז טורבינה עם מודל בסיסי של לוח מסתובב של טורבינה בלחץ גבוה עם מבנה קירור פנימי. הוקם חישוב מספרי של אפקט הקירור של לוח מסתובב של טורבינה בלחץ גבוה עם או בלי הגנה של כיסוי חומת חום באמצעות שיטת צמדת גז-חום, ובוצע מחקר של השפעת כיסוי חומת החום על העברת חום של הלוח על ידי שינוי עובי כיסוי חומת החום. המחקר מצא כי לאחר הצבעה בכיסוי חומת חום, ירדה טמפרטורת הלוח באופן משמעותי, ככל שהיינו קרובים יותר לקצה המוביל, היה ירידת טמפרטורה גדולה יותר, וירידה הטמפרטורה הצד הלחץ הייתה גדולה יותר מאשר מהצד הספוג; כיסוי חומת חום בעובי 0.05-0.2 מ"מ יכול להפחית את הטמפרטורה הממוצעת של פני השטח המתכתיים של הלוח ב-21-49 ℃; ככל שהעובי של הכיסוי גדל, ההתפלגות הטמפרטורת בתוך המתכת של הלוח תהיה אחידה יותר.

בפיתוח טורבינות גז, כדי לשפר את הכוח והיעילות התרמית של המנוע, גם הטמפרטורה בכניסה לטורבינה עולה. חלקי הטורבינה מופעלים תחת השפעת גזים בעמיסות גבוהות. כאשר הטמפרטורה בכניסה לטורבינה ממשיכה לעלות, קירור אוויר בלבד כבר לא מספק את הצרכים. כיסויים תרמיים, כאמצעי יעיל לשיפור התנגדות החומרים לטמפרטורות גבוהות ולקרוש, נמצאים בשימוש מוגבר.

כיסויים מחממים הם בדרך כלל מחוברים למשטח הלהב על ידי יריית פלזמה או עקירת אלקטרונים. יש להם תכונות של נקודת התמסה גבוהה ועמידות בפני אפקטים תרמיים, שיכולים לשפר את היכולת של להבי הטורבינה לעמידות בפני חמצון וקרוש תרמי, להפחית את טמפרטורת הלהב ולאריך את חיי השירות של הלהבים. אליזאדה ואחרים בדקו את האפקט החום של כיסויים מחממים בגודל 0.2 מ"מ באמצעות סימולציה מספרית קoplינגת חום-גז. התוצאות הראו שהטמפרטורה המרבית של הלהב ירדה ב-19 K והטמפרטורה הממוצעת ירדה ב-34 K. פרפאמונטון ואחרים בדקו את ההשפעה של עוצמת הסערת על יעילות הקירור של להבים עם כיסויים מחממים. התוצאות הראו שכיסויים מחממים יכולים להעלות את יעילות הקירור הכוללת של משטח הלהב ב-16% עד 20% וב-8% בסוף הלהב. צ'ו ג'יאן ואחרים הקימו מודל חד-מימדי יציב מנקודת מבט תרמודינמית עבור להבים מכוסים, וביצעו ניתוח תיאורטי וחישוב של האפקט החום של כיסויים מחממים. שי לי ואחרים ביצעו מחקר מספרי על C3X עם כיסויים מחממים. שכבה קרמית בגודל 0.3 מ"מ יכולה להפחית את טמפרטורת משטח הלהב ב-72.6 K ולהעלות את יעילות הקירור הכוללת ב-6.5%. הכיסוי המחמם לא משפיע על ההתפלגות של יעילות הקירור של משטח הלהב. ז'ואו הונגרו ואחרים ביצעו מחקר מספרי על הקצה הקדמי של להבי הטורבינה עם כיסויים מחממים. התוצאות הראו שכיסויים מחממים יכולים לא רק להפחית את טמפרטורת פעולת הלהבים המתכתיים ואת הגרדיאנט הטמפרטורי בתוך הלהבים, אלא גם לעצור במידה מסוימת את ההלם החום של נקודות חם בכניסה. יאנג שיאוגואנג ואחרים חשבו את התפלגות שדה הטמפרטורה הדו-מימדי והלחץ של דפנות הדיוווזין עם כיסויים מחממים על ידי נתינת מקדמים של העברת חום משטחי הפנים הפנימי והחיצוני של הלהבים. ואנג ליפינג ואחרים ביצעו ניתוח תלת-מימדי של קoplינגת גז-חום על דפנות הדיוויזין של הטורבינה עם מבני קירור מורכבים וביקשו להבין את ההשפעה של עובי הכיסוי והקרינה של הגז על שדה הטמפרטורה של הכיסוי. ליו ג'יאנהוא ואחרים ניתחו את האפקט החום של כיסויים מחממים עבור להבי קירור מסוג Mark II עם כיסויים מחממים מרובים על ידי הגדרת המקדם של העברת חום פנימה ועקבות חום חיצוני.

1. שיטת חישוב

1.1 מודל חישובי

הכיסוי התרמי ממוקם בין הגזים בעלי הטמפרטורה הגבוהה ובין פני השטח של תשתית הסплав של החרב, והוא מורכב מסת יסוד מתכתית ומשכבש חימר אינסולטיבי. המבנה הבסיסי שלו מוצג בתרשים 1. בעת בניית המודל החישובי, נעלמת שכבה של סת יסוד בעל תרמליות גבוהה יותר מבניית הכיסוי התרמי, ונותרת רק שכבה אחת של חומר אינסולטיבי בעל תרמליות נמוכה יותר.

האיור 2 מראה את מודל החרב לאחר שטיפת קרום חסימת תרמית עליו. החרב מכילה מבנה קירור סיבובי רב-ערוצים, עם שני חורים של קירור סרט על הקצה הקדמי, מבנה פיצול מרכזי על הקצה האחורי, ומבנה חריץ בצורת H על ראשית החרב. קרום חסימת התרמיה נפוץ רק על גוף החרב ועל פני השולחן הקדימוני. מכיוון שהטמפרטורה מתחת לשורש החרב נמוכה ואינה המוקד של המחקר, כדי להפחית את מספר הרשתות החישוביות, החלק מתחת לשורש מושמט בעת הגדרת מודל החישוב, ומתקבל מודל תחום החישוב שמוצג באיור 3.

1.2 שיטת חישוב מספרי

הגאומטריה הפנימית של הטורבינה לרגל התקריר היא יחסית מורכבת, וקשה להשתמש בשיטות תקן. השימוש בשיטות לא-תקנוניות מגדיל באופן משמעותי את כמות החישובים.对此, המאמר זה משתמש במחולל רשת פוליהדרלי כדי ליצור רשת על פני הלוח והתחום הגזי. דיווח חלוקת הרשת, מודל הרשת מוצג בתרשים 4.

במודל החישובי, עובי הקוטר של השכבה החמה הוא קטן מאוד, פחות מ-1/10 מעובי קיר הלווייתן.因此, המאמר זה משתמש במחולל רשת דקה כדי לחלק את שכבה זו לשלוש שכבות של רשת פוליגונלית פריסמטית. מספר שכבות הרשת הדקה אומד כבלתי תלוי, וכמות שכבות הרשת הדקה כמעט שאין לה השפעה על שדה הטמפרטורה של הלווייתן.

התחום הזרמי מאמץ את מודל ה-Realizable K-Epsilon Two-Layer במודל התורבולנטיות של משוואות נויר-סטוקס הממוצעות לפי ריאיינולדס (RANS). מודל זה מספק גמישות רבה יותר לעיבוד הרשת של כל הקיר y+. הוא לא רק מסוגל לטפל ברשתות דקיקות (כלומר, סוג מספר ריינולדס נמוך או רשתות y+ נמוכות) בצורה טובה, אלא גם לטפל ברשתות בינוניות (כלומר, 1＜y+＜30) בדרך הנכונה והמדויקית ביותר, מה שמאפשר לו לאזן באופן יעיל יציבות, עלות חישוב ודיוק.

תנאי השפה 1.3

כניסת הגז מוגדרת ככניסת לחץ כולל עם תקיעת גז, כניסת אוויר הקירור מוגדרת ככניסת זרימת מסה, והיציאה מוגדרת כיציאת לחץ סטטי. שטח התקרה בגזרת הגז מוגדר כשטח צירוף נוזל-מוצק, התקרה והשטח המטאלי של החרב מוגדרים כתווך מוצק, ושתי צדדי הגזרה מוגדרים כתקופת סיבוב. גם הגז וגם האוויר הקרים הם גזי אידאל, והקיבולת החום והנפיצה الحرמית של הגז מוגדרים באמצעות הנוסחה של סאות'רלנד. תנאי ההערכה המתאימים הם: הלחץ הכולל בכניסת הסטרימין הראשי של גזרת הגז הוא 2.5 מגה-פאסקל, ההתפלגות הטמפרטורתית של הכניסה עםadients רדיאליים טמפרטורתיים מוצגת בתרשים 5, קצב הזרימה של האוויר הקר בגזרת הקרה של החרב הוא 45 גרם לשנייה, הטמפרטורה הכוללת היא 540 מעלות צלזיוס, והלחץ ביציאה הוא 0.9 מגה-פאסקל. חומר החרב הוא ע-Allowי ניקל חד-מישורי, והנפיצה החום שלו משתנה עם הטמפרטורה. מבחינת חומרים קיימים, תכבות מחסום חום משתמשות בדרך כלל בחומרי אוקסיד זירקוניון יציב (YSZ) או אוקסיד זירקוניום (ZrO2), שהנפיצה החום שלהם משתנה מעט עם הטמפרטורה, לכן ההנפיצה החום מוגדרת כ-1.03 וואט/(מ·K) בהערכה.

2 ניתוח תוצאות חישוב

2.1 טמפרטורה של שטח החרב

האיורים 6 ו-7 מראים את התפלגות טמפרטורת הפנים של החרוט הלא מכוסה ואת התפלגות טמפרטורת הפנים המטאלית של החרוט ב coating עוביים שונים בהתאמה. ניתן לראות שכאשר עובי הקוטה ממשיך להגביר, טמפרטורת הפנים המטאלית של החרוט ירידה בהדרגה, וחוקי ההתפלגות של טמפרטורת הפנים המטאלית של החרוט בעוביים שונים הם כמעט זהים: הטמפרטורה במרכז צד הדחיסה נמוכה יותר והטמפרטורה בסוף החרוט גבוהה יותר. סוף החרוט הוא בדרך כלל החלק הקשה ביותר של כל החרוט לקריאת, והצלעות בגב החרוט קשה לקריאת ישירות על ידי אוויר קר. בתהליך החישוב, הקוטה מכסה רק את פני גוף החרוט, ואין לה השפעה חסימתית על החום הגורם מהצד הגז של סוף החרוט, ולכן אזור הטמפרטורה הגבוהה בסוף החרוט תמיד קיים.

האיור 8 מראה את העקומה של טמפרטורת הממוצע של פני המתכת של הלהב כפונקציה של העובי. ניתן לראות שטמפרטורת הממוצע של פני המתכת של הלהב ירידה עם עליית עובי הקוטר. זה נובע מהגזרת הנמוכה של התולעת החום של הקוטר החם, אשר גורמת להגדלת התנגדות החום בין הגזים חמים ללהב המתכתי, ומצמצמת בצורה יעילה את טמפרטורת פני המתכת של הלהב. כאשר עובי הקוטר הוא 0.05 מ"מ, טמפרטורת הגוף של הלהב יורדת ב-21 °C, ואז עם עליית עובי הקוטר החם, הטמפרטורה של פני הלהב ממשיכה לרדת; כאשר עובי הקוטר הוא 0.20 מ"מ, טמפרטורת הממוצע של הגוף של הלהב יורדת ב-49 °C. זה תואם באופן בסיסי לתוצאות של ז'אנג ז'ייאנג ואחרים שהודחו באמצעות מבחן ההשפעה הקרה.

תמונה 9 היא עקומה המראה את השינוי בטמפרטורת הפנים של חתך החרב לאורך אורך הקורד האקסיאלי. כפי שאפשר לראות מהתמונה 9, תחת עוביים שונים של כיסויים תרמיים, מגמת השינויים בטמפרטורה לאורך אורך הקורד האקסיאלי היא בערך זהה, והטמפרטורה של הפנים המאובקת גבוהה באופן משמעותי מהטמפרטורה של הפנים הדוחפת. בכיוון של אורך הקורד האקסיאלי, הטמפרטורות של הפנים הדוחפת והמאובקת יורדות ולאחר מכן עולה, ויש תנודות מסוימות באזור קצה הזרם, שגרום להן הוא צורת המבנה של קירור啧סילון מחולק באמצע קצה הזרם. בו-זמנית, הטמפרטורה של החרב עם כיסוי תרמי ירד בצורה ניכרת, והירידה בטמפרטורה על הפנים המאובקת גדולה יותר בצורה ניכרת מאשר על הפנים הדוחפת. הירידה בטמפרטורה ירידה בהדרגה מהקצה הקדמי אל קצה הזרם, וככל שהיינו קרובים לקצה הקדמי של החרב, כך הייתה הירידה בטמפרטורה גדולה יותר.

האומנוגניות של טמפרטורת מתכת הלהב משפיעה על רמת התסיסה התרמית של הלהב, לכן המאמר משתמש באינדקס אומנוגניות הטמפרטורה כדי למדוד את אומנוגניות הטמפרטורה של הלהב הקשיח. אינדקס אומנוגניות הטמפרטורה:

כאשר: c הוא הנפח של כל יחידה, T- הוא ממוצע הנפח של הטמפרטורה T, Tc הוא ערך הטמפרטורה ביחידת הרשת, וVc הוא נפח יחידת הרשת. אם שדה הטמפרטורה בנפח מפוזר באופן אחיד, אינדקס האומנוגניות של הנפח יהיה 1. כפי שאפשר לראות מהאיור 10, לאחר הצטיחת כיסוי המחסום התרמי, אומנוגניות הטמפרטורה של הלהב שופרה משמעותית. כאשר עובי הכיסוי הוא 0.2 מ"מ, אינדקס אומנוגניות הטמפרטורה של הלהב גדל ב-0.4%.

2.2 טמפרטורת פני השטח של הכיסוי

שינויהשתנות הטמפרטורה של פני השכבה מוצגת בתרשים 11. כפי שמשתמע מתרשים 11, ככל שהעובי של השכבה גדל, הטמפרטורה על פני שכיבת המחסום התרמי ממשיכה לעלות, מה שמתנגד בדיוק לטendance הממוצעת של השתנות הטמפרטורה על פני הלהב. עם עליית התנגדות החום בכיוון העובי של השכבה, ההפרש בטמפרטורה בין פני השכבה לפני הלהב גדל בהדרגה, והחום הצטבר על הפנים נעשה קשה יותר להפיץ אל הלהב המתכתי. כאשר העובי של השכבה הוא 0.20 מ"מ, ההפרש בטמפרטורה בין הפנים הפנימית והחיצונית של השכבה מגיע ל-86 °C.

2.3 טמפרטורת חתך הלהב

האיור 12 מראה את התפלגות הטמפרטורה של הקצוות הקדומים והachronim של הלהבים עם וbez תכשיטים מחסומי חום. לאחר שהמשטח מכוסה בתכשיט מחסום חום, טמפרטורת החתך橫-SECTION של הלהב ירדה באופן משמעותי, וההבדל בטמפרטורה נקלה. זה בגלל שכאשר מחסום החום מתוקן, צפיפות זרימת החום ב coating מופחתת. באותו הזמן, מאחר ותרכובת מחסום החום יש להולכת חום נמוכה, השינויים בטמפרטורה בתוך מוצק מחסום החום הם מאוד קיצוניים.

צור קשר

תודה על העניין שלך בחברה שלנו! כחברה יצרנית מקצועית של חלקי טורבינות גז, נמשיך להקדיש עצמנו לאינובציה טכנולוגית לשיפור שירות, כדי לספק פתרונות איכותיים יותר עבור לקוחות ברחבי העולם. אם יש לך שאלות, הצעות או כוונות שיתוף פעולה, אנו מאושרים לעזור לך. אנא צור איתנו קשר בדרך הבאה:

WhatsAPP: +86 135 4409 5201
דואר אלקטרוני: [email protected]